2020年单相BUCK电路的补偿回路设计版
单相Boost_APFC电路的设计与分析
文章编号:１００４－２８９Ｘ(２０２１)０６－００５５－０３单相ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的设计与分析汪子琦ꎬ厉伟(沈阳工业大学电气工程学院ꎬ辽宁㊀沈阳㊀１１０８７０)摘㊀要:开关电源等电力电子设备内部存在的不可控整流电路很容易造成输入电流的畸变ꎬ将会导致谐波污染和用电安全等问题ꎮ本文针对这些问题ꎬ分析了ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的平均电流法控制原理ꎬ提供了电路设计参数计算ꎮ并通过ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对设计电路进行仿真ꎬ结果表明该电路的功率因数达到０ ９９６ꎬ总谐波失真低于２％ꎬ能够有效抑制电流谐波ꎬ符合国家标准ꎮ关键词:功率因数ꎻＡＰＦＣꎻ平均电流法中图分类号:ＴＭ１３㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＢＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｉｎｇｌｅＰｈａｓｅＢｏｏｓｔＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＣｉｒｃｕｉｔＷＡＮＧＺｉ￣ｑｉꎬＬＩＷｅｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔｓｉｎｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｕｃｈａｓｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｉｅｓｃａｎｅａｓｉｌｙｃａｕｓｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔꎬｗｈｉｃｈｗｉｌｌｌｅａｄｔｏｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｈａｒｍｏｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｓａｆｅｔｙ.ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅａｖｅｒａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＢｏｏｓｔＡＰＦＣｃｉｒｃｕｉｔꎬａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｉｒｃｕｉｔｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｓｉｍｕｌｉｎｋｓｏｆｔｗａｒｅꎬａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃ￣ｔｏｒｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｒｅａｃｈｅｓ０ ９９６ꎬａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ２％ꎬｗｈｉｃｈｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄｍｅｅｔｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒꎻａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎꎻａｖｅｒａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ１㊀引言目前ꎬ电力电子技术日益广泛地应用到军事㊁工业等技术领域ꎮ以开关电源为例ꎬ其输入级大多利用二极管等元件构成的整流电路ꎮ这些电路为电力系统带来严重的谐波问题ꎬ使电网的供电质量以及用电的安全性得不到有效保证[１]ꎮ这一负面影响在电力行业中得到了越来越多的关注ꎮ如何抑制电流脉冲的幅值ꎬ使之最大程度上接近于正弦波ꎬ成为解决这一问题的有效方法ꎮＡＰＦＣ相比于无源功率因数校正技术有更加明显的谐波抑制效果ꎬ同时对功率因数的提高更加显著㊁抗干扰能力强ꎮ㊀㊀ＡＰＦＣ技术的思路就是利用功率开关的开通和关断将电感中储存的能量周期性地释放到电容中ꎬ从而对电路输入的电流大小进行控制ꎬ使电流尽量跟随电压的正弦波[２]ꎮ通过ＡＰＦＣ技术ꎬ电源的功率因数得到提高ꎬ降低了整流器件对电网的谐波注入ꎮ本文介绍了电路的平均电流法控制原理ꎬ并设计了一种升压型ＡＰＦＣ电路ꎮ在此基础上ꎬ利用ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对该电路搭建仿真模型ꎬ验证了功率因数校正的有效性ꎮ２㊀基于平均电流法的ＡＰＦＣ控制原理㊀㊀目前ꎬＡＰＦＣ电路的控制方法的分类以电感电流的连续性进行的ꎮ其中应用最为广泛的就是连续导电模式(ＣＣＭ)[３]ꎮ本文中的ＡＰＦＣ电路采用的是ＣＣＭ下的平均电流控制ꎮ其基本原理是通过开关管控制电感电流ꎬ使其跟踪整流电路后的电压指令ꎮ具体的控制思路就是ꎬ当输入电流比乘法器的输出大ꎬ调节功率开关的占空比Ｄꎬ从而减小电流ꎮ反之当输入电流的有效值小于乘法器的输入信号时ꎬ则增大电流ꎮ这样输入电流和输入电压同相位ꎮ避免了整流元件对电网的谐波注入ꎬ提升能源效率ꎮ图１为平均电流法ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路图ꎮ其控制回路分为电流环和电压环ꎮ在连续电流模式下ꎬ电路工作时电感电流波形图如图２所示ꎮ图１㊀平均电流法ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路图图２㊀电感电流波形图３㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的设计３ １㊀电路的技术指标㊀㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路在开关电源等电子装置中应用极为广泛ꎮ一方面能够实现功率因数校正的目的ꎬ另一方面也能稳定输出直流电压ꎬ其控制较简单适用中小功率电源中[４]ꎮ本文设计的ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路主要技术指标如表１所示ꎮ表１㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的技术指标序号参数数值１输入电压范围Ｕｉｎ１８０~２６０Ｖ２工作频率ｆＮ５０Ｈｚ３输出直流电压Ｕ０４００Ｖ４开关频率ｆｓｗ１００ｋＨｚ５输出功率Ｐ６００Ｗ６功率因数ｃｏｓφ>０ ９９３ ２㊀升压电感计算㊀㊀Ｂｏｏｓｔ电路的升压电感的在电路中有储能㊁转换和滤波的作用ꎮ输入电压为最小(１８０Ｖ)ꎬ此时输入电流达到最大ꎮ按照表１的参数计算电流峰值:㊀㊀Ｉｐｋ＝＝２ＰＵｉｎ(ｍｉｎ)＝５.１２Ａ(１)㊀㊀输入电流的纹波和电感的大小有着非常密切的关系ꎮ过大的电感能够有效降低纹波ꎬ但是也带来了电感尺寸的增大和成本的提升ꎬ不符合电源的小型化原则[５]ꎮ根据工程实践的经验ꎬ一般情况下电流的纹波系数取０ ２ꎮ可以计算出电流纹波为:㊀㊀ΔＩＬ＝０ ２Ｉｐｋ＝１ ０２４Ａ(２)㊀㊀此时电路的占空比为:㊀㊀Ｄ＝Ｕ０－２Ｕｉｎ(ｍｉｎ)Ｕ０＝０ ３６(３)㊀㊀计算得出升压电感为:㊀㊀Ｌ＝２Ｕｉｎ(ｍｉｎ)ˑＤΔＩＬ＝８９４ ５４μＨ(４)３ ３㊀输出电容计算㊀㊀在ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路中输出电容可以降低纹波ꎬ稳定输出电压[６]ꎮ工程实践中一般采用按照维持时间Δｔ来计算ꎬ本电路的输出电容为:㊀㊀Ｃ＝２ＰΔｔＵ２０－Ｕ２０(ｍｉｎ)＝５１４μＦ(５)４㊀单相ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的仿真分析㊀㊀为了验证本文所设计的ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路是否符合理论性和国家标准ꎬ利用ＭＡＴＬＡＢ搭建出仿真模型ꎮ主回路的具体参数由第二部分计算得出ꎮ控制回路分为电流内环和电压外环ꎮ仿真模型整体如图３所示ꎮ图３㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路仿真模型㊀㊀输出电压的仿真结果可以验证电路的输出稳定性ꎮ图４为输出直流电压的波形图ꎬ可以看出电路启动时电压的最大值为４２０Ｖ左右ꎬ超调量为５％ꎬ之后很快达到了稳态ꎬ电压值为设计的４００Ｖꎮ本电路的纹波电压不超过 ʃ８Ｖ ꎬ满足纹波率不超过２％的设计指标ꎮ图４㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路输出电压波形㊀㊀图５为输入交流电压㊁电流的波形图ꎬ可以看出当电路达到稳定状态时ꎬ输入电流㊁电压的相位基本相同ꎬ提高功率因数ꎬ达到了电路的工作目的ꎮ图５㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路输入波形图６㊀ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路的功率因数变化曲线㊀㊀通过Ｐｏｗｅｒ模块可以得到输入的有功功率和无功功率ꎬ搭建函数模块可以计算出ｃｏｓφ的数值ꎮ图６为电路输入电流的功率因数ｃｏｓφ变化曲线ꎮ由图可知ꎬ当电路处于刚开始的波动时ꎬ功率因数已经达到了０ ９９６以上ꎻ电路处于稳定的状态时ꎬ功率因数大于０ ９９９ꎮ在实际的ＡＰＦＣ电路中可能有所降低ꎬ但是依然能够满足国家标准的要求ꎮ㊀㊀快速傅里叶变换(ＦＦＴ)在数字处理领域是许多数字信号处理方法的基础[７]ꎮ通过ＦＦＴ工具箱析输入电流ꎮ图７为仿真结果ꎬＴＨＤ仅为１ ９％ꎬ满足设计标准ꎮ图７㊀输入电流的ＦＦＴ分析频谱５㊀结论㊀㊀针对整流器件对电网产生的谐波污染问题ꎬ本文分析ＡＰＦＣ电路在ＣＣＭ下的平均电流控制原理ꎬ并设计了ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路ꎮ针对设计的电路搭建模型进行仿真ꎬ该电路能够将功率因数提升至０ ９９６ꎬ总谐波失真为１ ９％ꎬ符合国家标准ꎮ参考文献[１]㊀李明ꎬ莘炜杰ꎬ于千越ꎬ等.基于抗饱和积分的ＡＰＦＣ仿真研究[Ｊ].通信电源技术ꎬ２０２１ꎬ３８(１):１４－１７.[２]㊀王兆安ꎬ刘进军ꎬ电力电子技术[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２００９:２２４－２２７.[３]㊀ＣａｎａｌｅｓＦꎬＥｓｃｏｂａｒＧ.ＯｌｍｏｓＡꎬｅｔａｌ.Ａｃｈａｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｉｎｔｅｒ￣ｌｅａｖｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆａＰＦＣｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ.ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ.ＩＥＥＥꎬ２０１０:２９８７－２９９２.[４]㊀沈黎韬.ＣＣＭ模式有源功率因数校正技术的研究[Ｄ].苏州大学ꎬ２０１８.[５]㊀ＬｉｕｘＳꎬＸｕＪＰꎬＣｈｅｎＺＹꎬｅｔａｌ.Ｓｉｎｇｌｅ￣ｉｎｄｕｃｔｏｒｄｕａｌ￣ｏｕｔｐｕｔｂｕｃｋ￣ｂｏｏｓｔｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｔｅｒ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓ￣ｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１５ꎬ６２(２):９４３－９５２.[６]㊀马鹏飞.基于平均电流法的单相Ｂｏｏｓｔ功率因数校正系统研究[Ｄ].华中科技大学ꎬ２０１８.[７]㊀ＦｕｋａｉｓｈｉＹꎬＨｉｇｕｃｈｉＫꎬＦｕｒｕｙａＨꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎｏｆｒｏｂｕｓｔｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒｉｎｔｅｒｌｅａｖｅＰＦＣｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＤＣ－ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｌｏａｄ.ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔ.ＩＥＥＥꎬ２０１３:１－２.收稿日期:２０２１－０７－２６。
单相 buck 型交流调压电路
单相 buck 型交流调压电路
单相buck型交流调压电路是一种常见的电路拓扑结构，用于将交流电压降低到所需的水平。
它通常由一个开关元件（如MOSFET）和一个电感器组成。
当输入交流电压施加到电路上时，开关元件周期性地开关，从而使电感储能并将电压降低。
以下是对单相buck型交流调压电路的多个角度的分析：
1. 原理，单相buck型交流调压电路基于脉宽调制（PWM）原理工作。
通过控制开关元件的导通时间，可以调节输出电压的大小。
当开关元件导通时，电感储能，而当开关元件关断时，储能电感释放能量，从而降低输出电压。
2. 优点，单相buck型交流调压电路具有简单、高效、成本低的特点。
它可以有效地降低输入电压，适用于许多电子设备和应用场合。
3. 缺点，然而，单相buck型交流调压电路的输出电压受输入电压波动的影响较大，稳压能力相对较弱。
此外，开关元件的损耗也会影响电路的效率。
4. 应用，单相buck型交流调压电路广泛应用于各种电源供电
系统、电动汽车充电桩、LED照明等领域，以及需要对交流电压进
行调节的场合。
5. 设计考虑，在设计单相buck型交流调压电路时，需要考虑
输入电压范围、输出电压稳定性、开关元件的选型和散热设计等因素，以确保电路的性能和稳定性。
总的来说，单相buck型交流调压电路是一种常见且实用的电路
拓扑结构，通过合理的设计和控制可以实现对交流电压的有效调节，满足各种电子设备和系统的需求。
(完整版)Buck-Boost电路设计
500W Buck/Boost电路设计与仿真验证一、主电路拓扑与控制方式Buck/Boost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck或Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1—1所示。
与Buck和Boost电路不同的是，电感L f在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。
开关管也采用PWM控制方式。
Buck/Boost变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。
图1-2是电感电流连续时的主要波形。
图1-3是Buck/Boost变换器在不同工作模态下的等效电路图。
电感电流连续工作时，有两种工作模态，图1-3(a)的开关管Q导通时的工作模态，图1-3（b）是开关管Q关断、D续流时的工作模态。
V o图1—1 主电路Vi LFi Qi DV图1-2 电感电流连续工作波形V oV o(a） Q导通 (b） Q关断,D续流图1—3 Buck/Boost不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系电感电流连续工作时，Buck/Boost变换器有开关管Q导通和开关管Q关断两种工作模态.在开关模态1[0～t on]：t=0时,Q导通，电源电压V in加载电感L f上,电感电流线性增长,二极管D戒指，负载电流由电容C f提供:f L f in di L V dt=(2-1）oo LDV I R =(2—2） ofo dV C I dt=（2-3）t=t on 时,电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。
在Q 导通期间电感电流增加量f L i ∆f inL y fV i D T L ∆=⋅ (2-4)在开关模态2［t on ~ T]：t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压Vo 作用下下降：f L fo di L V dt=（2-5）f o o oL fo f LDdV dV V i C I C dt dt R =+=+（2—6)t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ∆为：(1)f o o L off y f fV Vi t D T L L ∆=⋅=- （2-7）此后,Q 又导通，转入下一工作周期.由此可见，Buck/Boost 变换器的能量转换有两个过程：第一个过程是Q 开通电感L f 贮能的过程,第二个是电感能量向负载和电容C f 转移的过程。
(完整word版)BUCK电路
题目：BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真目录一、课题简介 (2)二、BUCK变换器主电路参数设计 (2)2.1设计及内容及要求 (2)2.2主电路设计 (2)1、滤波电容的设计 (3)2、滤波电感设计 (3)3、占空比计算 (3)三、BUCK变换器PID控制的参数设计 (3)3.1主电路传递函数分析 (4)四、BUCK变换器系统的仿真 (7)4.1仿真参数及过程描述 (7)4.2仿真模型图及仿真结果 (8)五、总结 (10)六、参考文献 (10)七、附录 (10)一、课题简介BUCK 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo 总是小于输出电压U D 通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L 和电容C 的数值。
简单的BUCK 电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID 控制器，实现闭环控制。
可通过采样环节得到PWM 调制波，再与基准电压进行比较，通过PID 控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK 电路闭环PID 控制系统。
二、BUCK 变换器主电路参数设计2.1设计及内容及要求1、 输入直流电压(VIN)：15V2、 输出电压(VO)：5V3、 输出电流(IN)：10A4、 输出电压纹波峰-峰值 Vpp ≤50mV5、 锯齿波幅值Um=1.5V6、开关频率(fs)：100kHz7、采样网络传函H(s)=0.38、BUCK 主电路二极管的通态压降VD=0.5V ，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降 VON=0.5V,滤波电容C 与电解电容RC 的乘积为2.2主电路设计根据以上的对课题的分析设计主电路如下：图2-1 主电路图F *Ωμ751、滤波电容的设计因为输出纹波电压只与电容的容量以及ESR 有关，rr rrC L N0.2V V R i I ==∆ （1）电解电容生产厂商很少给出ESR ，但C 与R C 的乘积趋于常数，约为50~80μ*ΩF [3]。
(完整版)BUCK电路
纹波增大，斜率增大
纹波减小，斜率减小
BCM电感电流临界导电模式
CCM电感电流连续导电模式
DCM电感电流断续导电模式
注意 1、若输入输出电压不变，则占空比不变，电流上升和下降时长不变 2、磁芯大小不变，L与线圈匝数N2成正比 3、磁芯大小不变，在不引起磁饱和的情况下，改变L的大小仅影响电流的形态， 不影响电感所能传递的功率大小，要改变功率，必须改变磁芯的规格。
I L _ m ax I L _ avg
I L _ m in
电磁感应定律
UL
n
T
(Uin UO ) TON UO TOFF
UO
Uin
Ton Ton Toff
Uin D
D<1，故为降压
UL
L I T
I U L 电流线性变化
T L
若 输入输出电压、开关频率、 占空比不变，仅改变L大小
测试内容 输出电压
ON 12VDC
示波器探头
GND
示波器夹子 （接地）
结果分析
波形（近似线性，相当于电感电流波形,CCM） 输出电压不等于
电压平均值（6.32V，纹波电压3.6V(57%)）
12x0.96（11.5V） 现在还不是BUCK
提示：R11功耗大，温度较高，小心烫伤，测试时间尽量不要太长。
则 电流的斜率和纹波大小会相应改变
电感电流模式
I U L k T L
若输入输出电压不变，开关频率不变，不限制电流的峰值
I L _ m ax
I L _ avg I L _ m in
电感量L减小
I L _ m ax I L _ avg
I L _ m in
《单相非隔离型Buck-Boost逆变器》
《单相非隔离型Buck-Boost逆变器》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，逆变器作为电力转换的核心设备，其性能和效率的优化显得尤为重要。
单相非隔离型Buck-Boost逆变器作为其中的一种重要类型，因其结构简单、成本低廉以及适用于多种电源场景等优点，被广泛应用于各类电力转换系统中。
本文将详细介绍单相非隔离型Buck-Boost逆变器的原理、设计及其实际应用。
二、单相非隔离型Buck-Boost逆变器原理单相非隔离型Buck-Boost逆变器是一种直流到交流的功率转换器，其基本原理是通过开关管的通断控制，将直流电源的电压和电流进行斩波和重组，从而得到所需的交流电压和电流。
该逆变器具有Buck（降压）和Boost（升压）两种工作模式，可以根据需要灵活切换。
三、单相非隔离型Buck-Boost逆变器设计单相非隔离型Buck-Boost逆变器的设计涉及到电路设计、器件选择、控制策略等多个方面。
1. 电路设计：根据应用需求，设计合理的电路拓扑结构。
通常包括输入电路、开关管电路、输出电路以及控制电路等部分。
2. 器件选择：选择合适的开关管、二极管、电容等器件，以满足系统的性能和效率要求。
3. 控制策略：采用适当的控制策略，如PWM（脉宽调制）控制、SPWM（正弦脉宽调制）控制等，以实现逆变器的稳定运行和优化性能。
四、单相非隔离型Buck-Boost逆变器应用单相非隔离型Buck-Boost逆变器广泛应用于各种电力转换系统，如太阳能发电系统、风力发电系统、电动汽车充电设施等。
在太阳能发电系统中，该逆变器可以将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，供给家庭或工业用电。
在风力发电系统中，该逆变器可以将风力发电机产生的电能进行转换和调节，以实现并网或独立供电。
在电动汽车充电设施中，该逆变器可以将电网的电能转换为适合电动汽车充电的直流电。
五、结论单相非隔离型Buck-Boost逆变器作为一种重要的电力转换设备，具有结构简单、成本低廉、适用范围广等优点。
2020年单相BUCK电路的补偿回路设计精品版
单相BUCK电路的补偿回路设计2013-11-21此文档是对Intersil TB417.1号文件<<Designing Stable Compensation Networks for Single Phase Voltage Mode Buck Regulators>>的翻译，以帮助大家理解。
文中有翻译不当的地方，敬请谅解！1.前提为了理解此文档，设计者需要具备以下三个技能：1.已经完成单相BUCK电路设计的大部分工作，除了补偿回路部分。
2.了解控制系统的基本原理，理解开环系统、闭环系统，增益、截止频率、带宽等概念；3.理解波特图的含义。
2.介绍无论是同步还是异步BUCK电路，都由以下三个基本的部件构成一个稳定的闭环系统：调幅器、输出滤波器、补偿网络。
如图1示：2.1调幅器图2描述调幅器的结构图。
误差放大器将BUCK电路的输出值（FB引脚）与参考电压值（VREF）比较后放大，作为调幅器的输入。
调幅器的输出是PHASE脚（SW），增益由Regulator的输入VIN除以Regulator内部OSC的peak-to-peak电压Vosc，Vosc的值可以通过控制器手册查到。
2.2输出滤波器BUCK电路的输出滤波器是LC电路，包括L的DCR和C的ESR。
调幅器的输出用于滤波器的输入，滤波器的输出是Regulator的Vout。
图3描述输出滤波器的等效电路和传递函数。
传递函数包含2个极点和1个零点。
2.3开环系统图4描述了BUCK电路的开环系统以及它的传递函数。
图5的波特图表示开环系统的增益。
上图描述的是一般开环系统的增益曲线，定制系统会有不同的双极点和零点频率。
对于那些低DCR和ESR输出滤波电路的BUCK电路，传递函数的相位（phase）在双极点处会有很大的衰减，传递函数的增益在双极点出会有一个脉冲。
这种系统的补偿回路会非常难设计，因为电压的phase需要增加以保证充足的phase冗余。
BUCK电路
开关电源拓扑结构分析（图文）一．非隔离型开关变换器（一）．降压变换器Buck电路：降压斩波器，入出极性相同。
由于稳态时，电感充放电伏秒积相等，因此：Ui-Uo）*ton=Uo*toff，Ui*ton-Uo*ton=Uo*toff,Ui*ton=Uo(ton+toff),Uo/Ui=ton/(ton+toff)=Δ即，输入输出电压关系为：Uo/Ui=Δ(占空比)图1：Buck电路拓补结构在开关管S通时，输入电源通过L平波和C滤波后向负载端提供电流；当S关断后，L通过二极管续流，保持负载电流连续。
输出电压因为占空比作用，不会超过输入电源电压。
（二）．升压变换器Boost电路：升压斩波器，入出极性相同。
利用同样的方法，根据稳态时电感L的充放电伏秒积相等的原理，可以推导出电压关系：Uo/Ui=1/（1-Δ）图2：Boost电路拓补结构这个电路的开关管和负载构成并联。
在S通时，电流通过L平波，电源对L充电。
当S断时，L向负载及电源放电，输出电压将是输入电压Ui+U L，因而有升压作用。
（三）．逆向变换器Buck-Boost电路：升/降压斩波器，入出极性相反，电感传输。
电压关系：Uo/Ui=-Δ/（1-Δ）图3：Buck-Boost电路拓补结构S通时，输入电源仅对电感充电，当S断时，再通过电感对负载放电来实现电源传输。
所以，这里的L是用于传输能量的器件。
（四）．丘克变换器Cuk电路：升/降压斩波器，入出极性相反，电容传输。
电压关系：Uo/Ui=-Δ/（1-Δ）。
图4：Cuk变换器电路拓补结构当开关S闭合时，Ui对L1充电。
当S断开时，Ui+EL1通过VD对C1进行充电。
再当S闭合时，VD关断，C1通过L2、C2滤波对负载放电，L1继续充电。
这里的C1用于传递能量，而且输出极性和输入相反。
二．隔离型开关变换器1．推挽型变换器下面是推挽型变换器的电路。
图5：推挽型变换电路S1和S2轮流导通，将在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。
《单相非隔离型Buck-Boost逆变器》
《单相非隔离型Buck-Boost逆变器》篇一一、引言在电力电子领域，逆变器作为电源系统中的重要一环，扮演着将直流电源转换为交流电源的重要角色。
单相非隔离型Buck-Boost逆变器作为其中的一种，因其结构简单、成本低廉、效率高等特点，在许多应用场景中得到了广泛的应用。
本文将详细探讨单相非隔离型Buck-Boost逆变器的工作原理、设计方法以及应用领域。
二、单相非隔离型Buck-Boost逆变器的工作原理单相非隔离型Buck-Boost逆变器是一种DC-AC转换器，通过电子开关控制能量的传递，将直流电源的电能转换为交流电源的电能。
其工作原理基于Buck和Boost电路的组合，实现了电压的升降和相位的转换。
当逆变器工作时，电子开关按照一定的频率进行开关操作，通过改变开关的通断状态，控制电流在电路中的流向和大小，从而实现对输出电压和电流的控制。
由于电路中不存在隔离变压器，因此该类型逆变器的结构相对简单，成本较低。
三、单相非隔离型Buck-Boost逆变器的设计方法设计单相非隔离型Buck-Boost逆变器时，需要考虑多个因素，如输入电压范围、输出电压范围、功率等级、效率等。
设计过程中需要遵循以下步骤：1. 确定电路拓扑结构：根据应用需求选择合适的电路拓扑结构，如全桥、半桥等。
2. 确定电子开关的型号和参数：根据电流和电压等级选择合适的电子开关器件及其驱动电路。
3. 设计滤波电路：为减小输出电压的谐波成分，需要设计合适的滤波电路。
4. 优化控制策略：根据应用需求，设计合适的控制策略，如PWM控制、SVPWM控制等。
5. 仿真验证：利用仿真软件对设计进行验证，确保电路的性能满足设计要求。
四、单相非隔离型Buck-Boost逆变器的应用领域单相非隔离型Buck-Boost逆变器因其结构简单、成本低廉、效率高等特点，在多个领域得到了广泛应用。
主要包括：1. 太阳能光伏发电系统：用于将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，供给负载使用。
BUCKZCSPWM主电路设计与仿真
摘要电源是各类电子设备的重要组成部分，没有一部高质量的电源，难以保证电子设备的正常工作。
由于高频开关电源在重量、体积和效率等方面是线性电源无可比拟的，因此在许多领域中得到广泛应用。
那么开关电源在工作的过程中，开关工作要么闭合，要么断开，单从开关的两个稳定状态看几乎没有损耗。
但是实际情况并非如此。
在开关状态转换期间，开关上的电压和通过的电流都将发生变化，开关上将出现电压和电流重叠的现象，因而会产生很高的瞬态功率损耗。
像这样无条件地直接触发开关器件使其导通或者关断的工作方式，叫做“硬开关”工作方式。
如果开关的工作频率很高，那么这种硬开关方式所产生的损耗就会相当可观，导致变换器的效率严重下降。
因此硬开关状态称为制约开关电源工作频率提高的技术障碍之一。
任何种类的开关，计时工作时间再短，由通态转变到断态，或由断态转换到通态都需要时间，由电力电子器件实现的电子开关也不例外。
开关损耗是一种可观存在，而且随着工作频率的提高，它将变成电能变换过程中功率损失的主要因素，严重影响开关电源的工作效率。
为了降低发生在“硬开关”上的损耗，人么年先后提出了各种“软开关”技术方案。
所谓“软开关”就是让电子开关在状态转换期间尽量避免出现电压和电流的重叠现象，重叠程度越小，则开关就越软，如果没有重叠就称之为“零开关”。
本课程设计就Buck变换器增设辅助开关，主电路中引入谐振元件实现“零开关”工作状态。
在主、辅开关工作开通及关断时实现电流为零的“零电流软开关”技术。
旨在降低开关损耗，降低电力电子开关器件发热，提高变换器工作效率。
关键字：开关电源，ZCS-PWM BUCK，效率目录1 ZCS-PWM BUCK变换器主电路结构1 1.1 BUCK变换器电路简介11.2 ZCS-PWM BUCK变换器电路结构介绍52 ZCS-PWM BUCK变换器电路参数计算9 2.1 主电路参数计算9 2.2 辅助元件参数计算11 3变换器电路在P-SPICE软件下仿真波形12 3.1 主电路仿真波形12 3.1.1电流临界波形13 3.1.2电流连续波形14 3.1.3电流断续波形15 3.1.4输出电压波动及电感电容的关系16 3.1.5输出电压波动及开关频率的关系17 3.1.6电路各部分损耗分析18 3.2零电流软开关仿真波形及功耗分析19参考文献231 ZCS-PWM BUCK主电路结构1.1 BUCK电路简介BUCK型变换器是一种单开关非隔离变换器，其电路组成如图1-1所示，它由一个电子开关S，二极管D，电感L，电容C和一个基本负载R构成。
buck斩波器控制补偿电路的设计
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Buck电路原理分析详解
参照图九，可以得出仿真结果，
Buck电路原理分析
蓝色：电感电流 红色：电感电压
绿色：开关驱动
棕色：输出电压
图九
Buck电路原理分析
3、DCM模式仿真验证：在上述BCM分析的基础上，得出储能电感的电感量80uH为临界 点，由系统工作在DCM的条件，可以将储能电感电感量设置为40uH。重点验证输入输 出电压关系以及输出平均电流关系。
同样，在一个周期进行分析，
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode：关键点原件波形见图六
图六
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode： 由图六可知，电路系统工作在DCM模式下，需要满足两个条件，一、电感充磁开 始以及消磁结束时流经电感的电流为零；二、电感消磁时间小于开关管关断时
五、BUCK电路仿真验证：
图七
Buck电路原理分析
上述电路中基本参数设置：
驱动波形：V=14V, f=20KHz,D=50%；输入电压：Vin=10Vdc；储能电感：L=80uH 1、BCM模式仿真验证：根据电路系统工作在BCM模式下的条件,进行理论计算，
因此，电阻可定义为
→
, T为工作周期，D为占空比： 为Q管导通时间，所以，
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单相BUCK电路的补偿回路设计
2013-11-21
此文档是对Intersil TB417.1号文件<<Designing Stable Compensation Networks for Single Phase Voltage Mode Buck Regulators>>的翻译，以帮助大家理解。
文中有翻译不当的地方，敬请谅解！
1.前提
为了理解此文档，设计者需要具备以下三个技能：
1.已经完成单相BUCK电路设计的大部分工作，除了补偿回路部分。
2.了解控制系统的基本原理，理解开环系统、闭环系统，增益、截止频率、带宽等概念；
3.理解波特图的含义。
2.介绍
无论是同步还是异步BUCK电路，都由以下三个基本的部件构成一个稳定的闭环系统：调幅器、输出滤波器、补偿网络。
如图1示：
调幅器2.1
）（与参考电压值VREFBUCK电路的输出值（FB引脚）描述调幅器的结构图。
图2误差放大器将比较后放大，作为调幅器的输入。
的OSCRegulatorRegulator，增益由的输入VIN除以内部）脚（调幅器的输出是PHASESW 的值可以通过控制器手册查到。
VoscVoscpeak-to-peak电压，
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2.2输出滤波器
BUCK电路的输出滤波器是LC电路，包括L的DCR和C的ESR。
调幅器的输出用于滤波器的输入，滤波器的输出是Regulator的Vout。
图3描述输出滤波器的等效电路和传递函数。
传递函数包含
2个极点和1个零点。
开环系统2.3
电路的开环系统以及它的传递函数。
描述了BUCK图4
的波特图表示开环系统的增益。
图5
对于那些上图描述的是一般开环系统的增益曲线，定制系统会有不同的双极点和零点频率。
）在双极点处会有很大phase输出滤波电路的低DCR和ESRBUCK电路，传递函数的相位（因的衰减，传递函数的增益在双极点出会有一个脉冲。
这种系统的补偿回路会非常难设计，（三阶）补偿phasephase为电压的需要增加以保证充足的冗余。
这种系统一般需要TpyeIII 精选文档．
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回路。
关于TypeIII补偿回路，我们将在后文中描述。
3.补偿回路
BUCK电路闭环系统中负载的变化或者输入电压的变化都会对输出电压造成影响。
合适的补偿可以在一定带宽范围内保证系统的稳定性。
在大多数情况下，TypeII和TypeIII补偿电路可以满足这种要求。
理想闭环系统要求增益（gain）以-20dB的斜率衰减，并在选择的带宽点跨越0dB点，同时要求0dB频点之前的相位（phase）冗余大于45°。
对于同步或者异步BUCK电路，带宽（bandwidth）是开关频率（Fsw）的20%~30%。
3.1TypeII 补偿回路
图6描述的是典型的TypeII补偿回路的组成、传递函数和波特图。
TypeII补偿回路在双极点之间
使相位上升90°。
这个相位上升可以用来抵消输出滤波的相位衰减。
TypeII7图描述的是有补偿回路闭环系统的组成和传递函数。
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下面给出计算补偿回路元件参数的公式。
2K~5K。
R1．确定阻值，一般选择1desired DBW：R2/R1），将开环系统的增益调频至需要的频点（选择合适的增益值（2．。
）bandwidth
选择C2值，使零点的频率为输出滤波器双极点频率的十分之一。
3．
C1选择值，使闭环系统第二个极点落在0.5*Fsw频率处。
4．
compensation 补偿回路增益描述了含图8TypeII补偿回路系统的增益和相位波特图。
其中，（如果闭环系统。
）（）gain必须小于误差放大器的开环增益open loop gain of the error amplifier 的相位冗余很难实现，那么就需要考虑使用补偿回路。
TypeIII 精选文档．
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补偿回路TypeIII3.2补偿回路通过两个零TypeIIITypeIII图9描述典型的补偿回路的组成，传递函数和波特图。
180°。
点将相位拉升
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补偿回路的闭环系统的组成和传递函数。
10描述的是含TypeIII图
下面给出补偿回路元件参数的计算公式：。
确定R1阻值，一般选择2K~5K1.desired
，将开环系统的增益调频至需要的频点（DBW：选择合适的增益值（2.R2/R1）。
）bandwidth
，使第一个零点的频率等于输出滤波器双极点频率的二分之一。
选择3.C2
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4.选择C1，使第一个极点频率等于ESR零点频率。
，使第二个零点频率等于输出滤波器的双0.5*Fsw，C3，使第二个极点频率等于5.选择R3 极点频率。
补偿回路的闭环系统的增益和相位波特图。
同样，补偿回路增益描述的是含ypeIII图11 ）（open loop gain of the error amplifier。
）（compensation gain必须小于误差放大器的开环增益
实例4.
下面这个例子将描述完整的同步BUCK电路的补偿回路的设计流程。
设计参数：Input Voltage : Vin = 5V
Output Voltage : Vout = 3.3V
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Controller IC : IC = ISL6520A
Vosc = 1.5V
ΔOSC Voltage :
Switching Frequency : Fsw = 300KHZ
Total Output Capacitance : Cout = 990uF
Total ESR : ESR = 5m Ohm
Output Inductance : Lout = 900nH
Inductor DCR : DCR = 3m Ohm
Desired Bandwidth : DBW = 90KHZ
补偿回路TypeII4.1 C2的值：，，通过计算，确定R2C1，选择R1 = 4.12K OhmR2 = 125.8K Ohm C1 = 8.464pF
C2 = 2.373nF
选择标准值如下：
R1 = 4.12K Ohm
R2 = 124K Ohm
C1 = 8.2pF
C2 = 2.2nF
输出滤波器的截止频率处有一个抖LC12为对应的波特图。
从增益波特图可以看到增益在图点。
从相位波特图可以看到系统0dB90KHZ处到达动，在抖动之后以-20dB的斜率衰减，在输出滤波器的双极点频率处有一个非常导致相位在LC有很大的缺陷。
系统的低ESR和DCR开始，6KHZ°的相位补偿之后，系统没有足够的相位冗余。
从陡峭的衰减。
这个衰减经过90 TypeII补偿回路无法满足系统的相位冗余。
相位冗余值就小于45°。
这是不允TypeII补偿回路的补偿增益超过了误差放大器的开环增益，那就是还有一个问题，许的。
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TypeIII补偿回路4.2
C3的值：C2R3，，C1，，R2R1 = 4.12K Ohm先确定，通过公式计算出R2 = 20.863K Ohm
R3 = 151.85 Ohm
C1 = 0.2587nF
C2 = 2.861nF
C3 = 6.987nF
选择标准的电阻电容值如下：精选文档．
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R1 = 4.12K Ohm
R2 = 20.5K Ohm
R3 = 150 Ohm
C1 = 0.22nF
C2 = 2.7nF
C3 = 6.8nF
图13描述的是含TypeIII补偿回路的闭环系统波特图。
从图上可以看出，增益和相位都满足系统
要求。
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